2.3 物联网的控制反馈　教学设计 2025-2026学年川教版(2024)初中信息科技八年级上册

学科教学设计 课题 第二单元 第三节 物联网的控制反馈 课型 新 教材分析 本课程内容采用四川省教育科学研究所编著的《信息科技》（2025年）八年级上册，是初中学生信息科技教材。本教材包含“万物互联奥秘“物联网的感官系统”“物联系统的构建”“校园安防系统设计”，采取项目主题方式开展教学活动，活动融合趣味性、实践性和探究性，通过学习了解物联网与互联网的异同、知道物联网技术发展前沿应用、感受物联网中数据采集、传输、处理、通信和反馈过程、体验物联网实验实践流程、设计搭建简易物联网应用系统等主要内容，主要培养学生信息素养。本节通过分析生活中的应用案例，了解物联网的控制技术。通过查阅资料，认识物联网的执行器。通过搭建消防喷淋系统，了解物联网系统中的感知、控制与反馈的过程。 核心素养目标 1. 知识目标：学生能准确说出物联网自动控制和远程控制的概念，了解常见的自动控制（如感应灯、倒车雷达）与远程控制（如智能家居远程操控）实例。学生能清晰阐述物联网执行器的作用，认识常见的执行器（如继电器、接触器、电动机、舵机等）以及开源硬件中继电器、水泵、蜂鸣器等执行器的功能。学生能全面掌握消防自动喷淋系统的工作原理，包括功能分析（传感器监测、数据处理、执行器动作）、硬件搭建（温度传感器、主控板、继电器、水泵等的作用与连接）、程序编写逻辑（基于温度阈值的水泵启停算法）以及系统测试方法。 2.能力目标：学生能运用所学知识，分析其他物联网系统（如悬索桥远程实时监控系统）的工作原理，提升对物联网系统的分析能力。学生通过分组讨论消防自动喷淋系统相关问题，增强合作交流与语言表达能力。 学生在理解消防自动喷淋系统程序编写逻辑的基础上，初步具备分析简单物联网程序算法的能力，培养计算思维。 3.情感目标：学生通过了解物联网技术在生活、安全等领域的应用（如消防自动喷淋、悬索桥监控），增强对信息技术的兴趣和探索欲。 学生认识到物联网技术对社会安全与发展的积极意义，树立正确的信息社会责任意识。 教学 重点 难点 重点：理解物联网自动控制和远程控制的概念，掌握消防自动喷淋系统的工作原理（感知、控制、反馈过程）。 难点：深入理解物联网系统中传感器、控制器、执行器之间的协同工作机制，以及程序算法在控制反馈中的作用。 教学 媒体 教学文档、WPS软件、多媒体教学系统 【教学过程设计】： 教师活动 学生活动 1、 导入新课 1、展示感应灯、智能家居 APP 控制空调、汽车倒车雷达工作的视频片段。 2、 提问：“同学们，感应灯为什么能自动亮灭？手机怎么能远程控制家里的空调？倒车雷达是如何帮司机监测障碍物的呢？这些都和物联网的控制反馈有关，今天我们就来探索其中的奥秘。” 学生思考并回答，预计5分钟。 二、物联网控制技术 1.自动控制： 讲解概念：“自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器让设备自动按照预定的程序运行。” 举例说明：“像感应灯，它有光线传感器，能感知周围光线亮度，再根据预设的控制规则，自动调节光线亮度。还有汽车的倒车雷达，通过超声波传感器监测车辆后方的障碍物，然后即时反馈给驾驶员，这也是自动控制的体现。 教师：大家可以想象一下，要是没有这些自动控制，我们晚上摸黑找开关、倒车时全靠自己看，是不是很麻烦？” 2.远程控制： 讲解概念：“远程控制是指人们使用计算机、手机等智能终端中的软件发送指令，通过物联网对远程设备实现控制。” 举例说明：“比如智能家居，大家可以用手机 APP，在学校就能控制家里的灯开关、空调开关，还能设置定时，查看家里的监控情况。这种控制方式让我们能随时随地管理物联网设备，非常方便。” 学生思考，并列举其他类似案例。 三、物联网的执行器 1. 教师（说明执行器的作用)：“同学们，在物联网系统里，传感器负责采集数据，控制器负责分析处理数据并发送指令，而执行器就是负责执行具体指令的‘手与脚’，比如喷水、发出警报或者闪烁灯光等。” 2. 介绍常见执行器： 展示继电器、接触器、电动机、舵机的图片，简单说明它们的大致应用场景，如 “继电器可以控制电路的通断，像控制水泵、风扇的开关；电动机能带动设备运转，比如让机器人的手臂动起来”。 3. 讲解开源硬件中的执行器： 展示继电器、水泵、蜂鸣器的图片【参考教材P62表格内图片】。 教师（讲解功能）：“继电器依靠输入信号改变来控制电路通断，通过主控板控制它，就能实现水泵、风扇这些设备的开关；水泵是输送液体的增压机械，内部电机带动增压装置工作；蜂鸣器通过内部振动和谐振装置，发出提示或报警声音。” 学生思考：生活中还有哪些执行器，简要介绍其功能。 四、设计搭建消防自动喷淋系统 1.功能分析： 教师：消防自动喷淋系统要实现的功能是，通过传感器实时监测环境数据，比如温度、烟雾、火焰等。当监测到异常数据时，系统会自动分析，判断火灾是否发生，如果发生火灾，就启动喷水装置灭火。大家想想，要是没有这个系统，等发现火灾再去手动喷水，可能就来不及了，所以这个自动控制很重要。 2.硬件搭建： 展示教材中的硬件搭建图【P64，图2-3-5】，逐一介绍图中的温度传感器、主控板、继电器、水泵等部件 作用：“温度传感器用来采集环境温度；主控板是系统的核心，负责分析处理数据和发送指令；继电器接收主控板指令，控制水泵的通断；水泵则负责喷水。它们之间通过线路连接起来，形成一个完整的硬件系统。” 3.程序编写： 展示算法设计流程图，分步讲解：程序运行时，首先读取并显示温度值，然后判断温度值是否大于设定的阈值。如果大于，就启动喷水装置；如果不大于，就关闭喷水装置。 展示程序实现界面，解释各模块：大家看这个程序界面，有初始化模块、循环读取温度模块、判断模块、控制继电器模块等。初始化是为了让设备准备好工作，循环读取温度能实时监测，判断模块根据温度阈值决定执行什么操作，控制继电器模块则是发送指令给继电器，让它控制水泵的开关。 4.系统测试： 教师：我们要升高环境温度直到超过阈值，观察水泵是否喷水，然后记录喷水后温度的变化，等温度降低到阈值之下时，再观察水泵是否停止喷水。 布置任务：现在大家分组，讨论一下测试的时候要记录哪些内容，比如温度超过阈值的具体数值、水泵喷水的时间、温度下降的情况等，一会儿每组派代表分享。 讨论测试的时候要记录哪些内容，比如温度超过阈值的具体数值、水泵喷水的时间、温度下降的情况等，每组代表分享。 五、拓展阅读与讨论 1.拓展阅读： 教师（讲解悬索桥远程实时监控系统” 的内容）：这个系统综合运用了传感器技术、无线通信和云数据处理。有风速传感器、压力传感器、图像传感器等，监测桥梁承受的力量、振动频率、位移等。传感器收集的数据通过无线传输到云平台，云平台用先进算法分析，监测到风险就发出预警，然后通过手机、电脑等终端反馈给维护人员。 2.组织讨论： 提出问题：同学们，消防自动喷淋系统是一个完整的物联网系统吗？请结合我们学到的物联网系统的组成和工作过程，说说你们的理由。 讨论：从是否有传感器采集数据、控制器处理数据、执行器执行指令，以及是否有数据传输和反馈等方面去思考。 六、小结 请学生对物联网控制技术、物联网的执行器、消防自动喷淋系统的关键内容进行回顾总结。 板 书 设 计 第三节 物联网的控制反馈 1、物联网控制技术 自动控制：无人直接参与，按预定程序运行（感应灯、倒车雷达） 远程控制：智能终端软件 + 物联网控制远程设备（智能家居） 2、物联网的执行器 作用：执行控制指令的 “手与脚” 常见类型：继电器、接触器、电动机、舵机等 开源硬件示例：继电器（控制水泵等）、水泵（输送液体）、蜂鸣器（发声） 3、消防自动喷淋系统 功能：传感器监测→异常分析→启动喷水 硬件：温度传感器、主控板、继电器、水泵 程序：温度阈值判断→控制水泵启停 教学 反思 值得肯定和改进的方面： 优点：通过生活实例导入，能较好地激发学生兴趣；讲解过程中结合图片、实例，有助于学生理解抽象概念；分组讨论和拓展阅读环节，培养了学生的合作与思维能力。 不足：对于程序编写部分，由于学生编程基础有限，部分学生可能理解不够深入；课堂时间有限，对悬索桥远程实时监控系统的讨论不够充分。 改进措施：在后续教学中，可增加简单编程实践活动，巩固学生对程序逻辑的理解；对于拓展内容，可提前布置预习任务，让学生有更多时间准备，使讨论更深入。 学科网（北京）股份有限公司 $